一种输电线路在线监测系统及方法与流程

本发明专利属于输电线路的监测领域，尤其涉及一种输电线路在线监测系统及方法。

背景技术：

1、随着社会经济的高速发展，电力行业科技水平有着显著的提高，其中高压输电线路是电力系统中电能传输的重要一环，它的运行状态关系到整个电网运行的安全和效率，受工业排放物以及自然扬尘等空气污染，大风、雷电、暴雨暴雪等自然灾害以及人为灾难，近年来特别是近几年在我国频频肆虐，高压输电线路绝缘子污闪、风偏闪络、导线舞动、电线覆冰等现象时有发生，往往会引起严重事故，严重地威胁我国架空输电线路的安全运行。

2、高压输电线路大部分运行在户外郊区，高压输电线路涉及面积大，所处的地理境况、气候状况变化复杂。目前在智能电网的建设中，传统的人工巡检方式不能确保精确结果，而且需要花费大量人力财力和物力，同时也不能做到实时在线监测，效率不高，不可能实时发觉高压输电线路上存在的安全隐患。

3、输电线路起着输送和分配电能的任务作用，其运行安全与否，直接关系到电网的安全和稳定，所以一种对于输电线路监测技术的多源融合能对输电线路提供一个安全稳定的运行环境具有重要的意义，并且后期的输电线路维护成本将会大幅降低。

技术实现思路

1、本专利是涉及了基于电力物联网进行数据实时采集、传输，将输电线路的传感器系统监测的数据进行多源融合分析的一种方法，通过将输电线路上安装的传感器来收集输电线路各个设备以及环境的各项参数，将收集到的各项参数进行融合分析计算，提取并转化成直观的信息，将物联网与现有的电网信息系统整合起来，实现电网运行管理与安全环境信息的整合，在综合处理后能够诊断出输电线路的健康状态并传输给后台显示出预警、告警信息。

2、本专利发明的主要内容是在输电线路中将数个物联网无线传感器系统所收集的多源信息进行融合分析，这些物联网传感器如：避雷器传感器、风偏传感器、倾斜传感器、故障指示器以及红外摄像头，传感器系统采集各自负责的设备实时参数信息，即前端传感器系统作为数据采集层，数据收集至边缘计算终端，由边缘计算融合系统将获得的传感器数据进行滤波、信号融合、计算分析，最终得到输电杆塔的实时准确数据并作出运行状态的诊断，最后将得到的输电杆塔各类实时监测数据与稳定性诊断结果经过lora+gprs无线通信协议传输至后台监控中心，即为数据传输层，实现输电杆塔的稳定性实时监测，方便运行人员实时监控。

3、本专利包含三个部分，一是设计了输电线路传感器在线监测系统，能够通过传感器来测量输电线路的各设备、环境的实时参数，并将参数传递至边缘计算融合系统进行数据的收集；二是设计了通过边缘计算融合系统对数据进行提取、融合分析，对输电线路的运行状态进行诊断并传输至后台系统，即构成电力物联网；三是设计了通过后台系统对边缘计算融合系统所进行融合分析后的数据进行存储和展示，实现了输电线路监测技术的一种融合。

4、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

5、本发明公开了一种输电线路在线监测系统，其特征在于，包括：

6、传感器系统，边缘计算融合系统，无线通信模块和后台监控中心；

7、传感器系统用于搜集各个设备的实时参数和运行状态；

8、将所收集的数据传输至边缘计算融合系统，由边缘计算融合系统进行融合计算分析；

9、将计算结果利用无线通信模块进行数据传输，传输至后台监控中心存储后进行展示。

10、优选地，传感器系统包括：避雷器传感器、风偏传感器、多个倾斜传感器、故障指示器、红外摄像头；其中

11、避雷器传感器测量输电线路的泄漏电流；

12、风偏传感器对导线的风偏角度进行测量；

13、多个倾斜传感器安装在输电杆塔上，对输电杆塔的倾斜角进行测量；

14、故障指示器在监测到输电线路故障电流流通时，显示故障点；

15、红外摄像头对输电线路的温度以及人员异物进行监测。

16、优选地，传感器系统包括：保护隔离绝缘单元、第一数据测量单元、第二数据测量单元、第一电源、第一mcu模块、第一无线射频模块；其中

17、保护隔离绝缘单元用于对传感器系统进行隔离保护；

18、第一数据测量单元和第二数据测量单元用于对输电线路的温湿度、风偏角、泄漏电流、输电杆塔倾斜角度、红外摄像以及人员异物进行监测；

19、采集的数据流传输至第一mcu模块，并且第一mcu模块将所收集的数据通过第一无线射频模块发送给边缘计算融合系统进行下一步融合分析计算；

20、第一电源用于对传感器系统进行供电。

21、优选地，边缘计算融合系统包括：第二无线射频模块、第二mcu模块、时间芯片、存储芯片；其中

22、第二mcu模块用于根据时间芯片所设定的时间周期而发出指令，并且对第二无线射频模块所接收的数据流进行数据融合计算、分析；

23、第二无线射频模块用于将第二mcu模块发出的指令传输至传感器系统，并且接收传感器系统采集的数据流，同时，在数据分析完毕之后，第二无线射频模块用于将融合后的数据以及分析结果传输至后台；

24、存储芯片用于储存数据。

25、优选地，边缘计算融合系统包括：第二电源、太阳能板、控制器、锂电池；其中，第二电源的供电模式为太阳能板供电与锂电池供电，控制器用于控制太阳能板供电与锂电池供电的模式转换。

26、本发明公开了一种输电线路在线监测方法，包括：

27、步骤1，根据所设定的时间周期，边缘计算融合系统发送指令到传感器系统，令传感器系统对输电线路进行数据采集；

28、步骤2，将采集的数据传输回边缘计算融合系统；

29、步骤3，进行数据融合计算、分析；

30、步骤4，将融合后的数据以及分析结果传输至后台。

31、优选地，步骤1中，传感器系统所收集的实时信息包括：输电线路上避雷器的泄露电流值、杆塔的绝缘子串风偏量、倾斜角、图像信号。

32、优选地，步骤3包括：

33、步骤3.1，对信号进行滤波；

34、步骤3.2，对信号进行分解处理，提取出特征向量；

35、步骤3.3，对输电线路进行初步稳定性诊断，得出输电线路运行状态的最终融合分析诊断结果。

36、优选地，步骤3.1中，采用离散小波变换实现信号滤波，公式如下：

37、信号x(t)的连续小波变换定义为输电线路的参数特征提取，提取结果表示为：

38、

39、ψj，n(t)＝2-j/2ψ(2-jt-n)                          (2)

40、式中：x(t)是各传感器所检测的信号；ψj，n(t)是小波基数；j是尺度因子；n是平移因子；

41、其中，在离散小波变换中，将j按幂级数离散，n在尺度内均匀离散。

42、优选地，步骤3.2中，利用小波包能量谱方法对信号进行分解处理：

43、

44、其中，xjk(k＝1，2，…，n)为信号ej各离散点的值；

45、求出所述各频带能量占总能量的百分比；ej＝ej/∑en，作为稳定性诊断的输入特征量。

46、优选地，步骤3.3中，利用rbf神经网络方法对输电线路进行初步稳定性诊断，rbf神经网络由输入层、隐层和输出层组成，完成非线性映射，实现对初步诊断结果融合，得出输电线路运行状态的最终融合分析诊断结果。

47、本发明具有如下优点及有益效果：本专利主要是：

48、①在输电线路的监测领域中，本专利设计了一种输电线路监测技术的融合方法，采用将传感器系统安装输电线路上的各个设备以及环境当中，传感器能够测量各个设备和环境的实时数据。

49、②设计了通过边缘计算融合系统将传感器数据进行滤波、融合计算分析，得到的输电杆塔实时数据并作出运行状态的诊断，将得到的输电杆塔各类实时监测数据与稳定性诊断结果经过lora+gprs无线通信协议传输至后台监控中心。

50、③后台系统能够接收由边缘计算融合系统所发送的实时监测数据参数，将接受的数据存储后展示在后台系统上，并有预警、告警等信息。

51、④该输电线路监测技术的融合方法能够实现输电线路的实时监控和实时故障预警的高速数据处理要求，提高电力系统稳定水平，实现对高压输电线路运转状况的可控制、能控制和在线监控。